德州仪器TPS6213x降压转换器评估模块使用指南

在电子设计领域，降压转换器是一种常见且重要的元件，它能将较高的输入电压转换为较低的稳定输出电压，满足各种电子设备的供电需求。德州仪器（Texas Instruments）的TPS6213x系列降压转换器评估模块（EVM）为工程师提供了一个便捷的平台，用于评估和测试这些转换器的性能。本文将详细介绍TPS6213x EVM的相关信息，包括其特点、性能规格、设置方法、测试结果等内容。

文件下载：TPS62130EVM-505.pdf

一、产品概述

1. 转换器型号特点

TPS62130是一款3A的同步降压转换器，采用3x3-mm、16引脚QFN封装，有固定和可调输出电压两种版本。TPS62140为2A的同步降压转换器，同样采用3x3-mm、16引脚QFN封装，也具备固定和可调输出电压单元。TPS62150则是1A的同步降压转换器，封装规格与前两者相同，同样有固定和可调输出电压可选。

2. 评估模块背景

TPS62130EVM - 505（HPA505 - 001）使用TPS62130A可调版本，输出电压设定为3.3V，在输入电压3.7V至17V之间可实现全额定性能。TPS62140EVM - 505（HPA505 - 002）和TPS62150EVM - 505（HPA505 - 003）分别使用TPS62140A和TPS62150A可调版本，输出电压同样设定为3.3V，输入电压范围也是3.7V至17V时能达到全额定性能。

二、性能规格

规格	测试条件	最小值	典型值	最大值	单位
输入电压	-	3.7	-	17	V
输出电压（PWM模式）	-	3.268	3.327	3.387	V
输出电流（TPS62130EVM - 505）	-	0	-	3000	mA
输出电流（TPS62140EVM - 505）	-	0	-	2000	mA
输出电流（TPS62150EVM - 505）	-	0	-	1000	mA
峰值效率（TPS62130EVM - 505，FSW = LOW（高频））	-	-	93.2%	-	-
峰值效率（TPS62140EVM - 505和TPS62150EVM - 505，FSW = HIGH（低频））	-	-	95.0%	-	-
软启动时间	-	-	1.65	-	ms

这些性能规格为工程师在设计应用时提供了重要的参考依据，你在实际使用中是否遇到过因性能规格不匹配而导致的问题呢？

三、模块修改

1. 固定输出操作

若要进行固定电压版本的评估，可将U1替换为固定电压版本的IC，并将R2替换为0Ω电阻，同时移除R1。

2. 输入和输出电容

C2作为额外的输入电容，虽非必需，但可用于降低输入电压纹波。C7是AVIN引脚的输入电容，在TPS62130EVM - 505上是必需且已安装的，其他版本可根据需要添加。C4为额外的输出电容，有助于降低输出电压纹波并改善负载瞬态响应，但总输出电容需保持在数据手册推荐范围内。

3. 软启动时间

C5控制着TPS621x0EVM - 505输出电压的软启动时间，改变C5的值可调整Vout的上升速度。不过要注意，C5值减小会使浪涌电流增大。

4. 环路响应测量

通过对电路进行两个简单更改即可测量TPS621x0EVM - 505的环路响应。一是在PCB背面中间的焊盘上安装一个10Ω电阻（焊盘间距可安装0805或0603尺寸的电阻），二是切断输出电压过孔与连接到VOS引脚过孔的走线。完成这些更改后，可将交流信号（推荐峰 - 峰值为10mV）注入控制环路。

四、设置方法

1. 输入/输出连接器说明

• J1：EVM的正输入连接，稳态输入电流小于1A时使用，否则使用J8。
• J2：输入电压感应连接，用于测量输入电压。
• J3：EVM输入电源的返回连接，稳态输入电流小于1A时使用，否则使用J8。
• J4：输出电压连接，稳态输出电流小于1A时使用，否则使用J9。
• J5：输出电压感应连接，用于测量输出电压。
• J6：输出返回连接，稳态输出电流小于1A时使用，否则使用J9。
• J7：PG/GND，PG输出在该接头的引脚1，引脚2为方便的接地端。
• J8：VIN/GND，引脚1为正输入连接，引脚2为返回连接，稳态输入电流大于1A时使用。
• J9：VOUT/GND，引脚2为输出电压连接，引脚1为输出返回连接，稳态输出电流大于1A时使用。
• J10：SS/TR & GND，SS/TR输入在该接头的引脚1，引脚2为接地端。
• JP1：EN引脚输入跳线，将跳线跨接在ON和EN上开启IC，跨接在OFF和EN上关闭IC。
• JP2：DEF引脚输入跳线，跨接在HIGH和DEF上可将输出电压设置为高于标称值5%，跨接在LOW和DEF上设置为标称水平。
• JP3：FSW引脚输入跳线，跨接在1.25MHz和FSW上使IC以标称1.25MHz的降低开关频率运行，跨接在2.5MHz和FSW上以标称2.5MHz的全开关频率运行。
• JP4：PG上拉电压跳线，将跳线放在JP4上可将PG引脚的上拉电阻连接到Vout，也可移除跳线并在引脚2提供不同电压将PG引脚拉到不同电平，但该外部施加电压必须低于7V。

2. 具体设置步骤

要操作EVM，需根据上述说明将跳线JP1至JP4设置到所需位置，然后将输入电源连接到J1和J3或J8，将负载连接到J4和J6或J9。你在设置过程中是否遇到过跳线设置错误的情况呢？

五、测试结果

1. 效率测试

通过不同电感（1µH和2.2µH）以及不同开关频率（FSW = LOW（高频）和FSW = HIGH（低频））下的效率测试曲线，我们可以直观地看到转换器在不同输入电压和负载电流下的效率表现。例如，在某些负载条件下，不同电感和开关频率组合的效率差异较为明显，这有助于工程师根据实际需求选择合适的参数。

2. 负载和线性调节测试

负载调节测试展示了在不同负载电流下输出电压的变化情况，线性调节测试则反映了输入电压变化时输出电压的稳定性。这些测试结果对于评估转换器在不同工作条件下的性能至关重要。

3. 环路响应测试

环路响应测试曲线显示了转换器在特定条件下（如2.2µH电感、FSW = LOW（高频）、VIN = 12V和IOUT = 1A）的频率响应特性，有助于工程师分析系统的稳定性和动态性能。

4. 电压纹波测试

输入和输出电压纹波测试展示了在特定条件下（如2.2µH电感、FSW = LOW（高频）、Vin = 12V和Iout = 1A）电压的波动情况，对于要求低纹波的应用场景，这些测试结果能帮助工程师评估转换器是否满足需求。

5. 负载瞬态响应测试

负载瞬态响应测试记录了转换器在负载突然变化时的响应情况，如1 - 2A负载阶跃（1µH电感、Vin = 12V）和0.5 - 1A负载阶跃（2.2µH电感、Vin = 12V），这对于评估转换器在动态负载下的性能非常重要。

6. 启动和关断测试

启动和关断测试展示了转换器在不同条件下（如1A负载、Vin = 12V）的启动和关断过程，包括有预偏置的情况（TPS62130和TPS62130A），这些测试结果有助于工程师了解转换器的启动和关断特性。

7. 热性能测试

热性能测试记录了转换器在特定条件下（如1µH电感、Vin = 12V、Iout = 3A、FSW = LOW（高频）和2.2µH电感、Vin = 12V、Iout = 3A、FSW = HIGH（低频））的温度变化情况，对于评估转换器的散热性能和可靠性有重要意义。

六、电路板布局和原理图

1. 电路板布局

文档提供了TPS621x0EVM - 505的电路板布局图，包括组装层、顶层布线、内部层1布线、内部层2布线和底层布线等，这些布局信息有助于工程师了解电路板的结构和布线方式，为实际设计提供参考。

2. 原理图和物料清单

原理图展示了TPS621x0EVM - 505的电路连接方式，物料清单则列出了电路板上各个元件的详细信息，包括元件数量、参考编号、值、描述、尺寸、型号和制造商等，为工程师进行元件采购和电路设计提供了便利。

综上所述，德州仪器的TPS6213x降压转换器评估模块为工程师提供了一个全面的测试和评估平台，通过对其性能规格、模块修改、设置方法、测试结果等方面的了解，工程师可以更好地将这些转换器应用到实际设计中。你在使用类似评估模块时，是否有自己独特的经验和见解呢？欢迎在评论区分享。